CN112284515B - 水量计和系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种水量计和系统。一些实施方式涉及振动传感器。该振动传感器包括：传感器基部，其联接到振动源；压电换能器，其在换能器的第一侧联接到传感器基部；至少一个导体，其联接到压电换能器；以及激振重物，其位于压电换能器的第二侧；其中，传感器基部、压电换能器和激振重物同轴排列并且被配置为使得由振动源引起的传感器基部与激振重物之间的相对运动使在压电换能器中产生电流并且在至少一个导体上能够检测到与该产生的电流相对应的输出信号。

Description

水量计和系统

本申请是申请日为2017年10月13日、申请号为201780077047.X、发明名称为“用于流体泄漏检测的振动传感器”的申请的分案申请。

技术领域

实施方式总体上涉及振动传感器。具体实施方式涉及用于流体泄漏检测的振动传感器，可选择地该振动传感器与水量计结合，并且具体实施方式涉及采用这种振动传感器的系统和方法。

背景技术

家庭和商业场所通常依赖于水源以用于各种目的。为了用水追踪目的，这种场所通常具有水量计，该水量计被定位以计量在供应线中流向场所的水量。

在附近的流体管道中可能发生泄漏。一些这种泄漏可能是轻微的并且具有最小的后果，而其它泄漏可能是严重的和/或如果不及早识别和修复则导致严重后果。

流体管道(诸如水管)中的流体泄漏检测的一些现有技术需要维护人员定期地注意供水网络周围的可疑泄漏的位置并且需要在重要时期出现在现场，同时使用繁琐和/或昂贵的监听装置。这种技术有时可能需要数年才能有效地监测和确定供水网络中的泄漏。这种泄漏检测服务的采用可能导致供水设施的重大花费。

期望解决或改善现有振动传感器、泄漏检测装置或泄漏检测技术中的一个或多个缺点或不利之处，或者至少提供其有用的可选方案。

在本说明书中包括的对文献、行为、材料、装置、物品等的任何讨论不应被视为承认任何或所有这些事项构成现有技术基础的一部分或者是在本申请的各技术方案的优先权日之前就存在的与本公开相关的领域中的公知常识。

在整个说明书中，词语“包括”或其变型将被理解为暗示包括所述元件、整体或步骤，或者元件组、多个整体或多个步骤，但是不排除任何其它元件、整体或步骤，或者元件组、多个整体或多个步骤。

发明内容

一些实施方式涉及一种振动传感器，其包括：

传感器基部，其联接到振动源；

压电换能器，其在换能器的第一侧联接到传感器基部；

至少一个导体，其联接到压电换能器；以及

激振重物(seismic weight)，其位于压电换能器的第二侧；

其中，传感器基部、压电换能器和激振重物同轴排列并且被配置为使得由振动源引起的传感器基部与激振重物之间的相对运动使在压电换能器中产生电流并且在至少一个导体上能够检测到与该产生的电流相对应的输出信号。

一些实施方式涉及一种振动传感器，其包括：

传感器基部，其联接到振动源；

压电换能器，其在换能器的第一侧联接到传感器基部；

至少一个导体，其联接到压电换能器；以及

激振重物，其限定部分地布置压电换能器的腔使得激振重物位于压电换能器的第二侧；其中，传感器基部、压电换能器和激振重物同轴排列并且被配置为使得由振动源引起的传感器基部与激振重物之间的相对运动使在压电换能器中产生电流并且在至少一个导体上能够检测到与该产生的电流相对应的输出信号，相对运动包括由通过传感器基部传递的振动引起的小压缩和弯矩。

传感器还可以包括压缩部件，压缩部件被配置成朝向传感器基部对激振重物施力。压缩部件可以包括弹簧。弹簧可以包括螺旋弹簧、波形弹簧或板簧。弹簧的一端可以联接到传感器基部，弹簧的相反端可以联接到激振重物。

弹簧可以布置于激振重物的与传感器基部所在侧相反的那侧，并且可以被配置为使弹簧的第一端支承于传感器的支承面且使弹簧的第二端支承于激振重物。

弹簧的弹簧常数可以在大约1N/mm至大约15N/mm之间，可选择地，弹簧的弹簧常数可以在大约2N/mm至大约10N/mm之间。

在传感器的静止状态(rest state)下，压电换能器可以在传感器基部与激振重物之间被压缩。

压电换能器可以被形成为柱换能器。

激振重物可以限定腔，并且压电换能器部分地布置在腔内。

传感器还可以包括壳体以覆盖激振重物和压电换能器。壳体和传感器基部可以限定室，激振重物在室内具有有限的移动自由度。

传感器还可以包括电子界面(electronic interface)，电子界面联接到至少一个导体并且被配置成与外部控制器通信。传感器可以依赖于来自外部装置的电力供应以操作电子界面。

电子界面可以被构造为基于经由至少一个导体接收的输出信号来处理输入信号，从而确定输入信号的快速傅立叶变换、即FFT。电子界面可以被构造为对输出信号放大和滤波，并且执行被放大和被滤波的输出信号的模拟数字转换以便产生输入信号。

电子界面可以被构造为执行至少一个特定频率阈值与FFT的频谱的至少一部分的比较，并且在比较表示在至少一个部分中的频谱的幅值超过相应的至少一个频谱阈值时设定检测标记。检测标记可以与外部控制器通信以表示检测到预定状态。

针对不同的特定频率阈值和频谱的不同部分可以执行多次比较，以基于多次比较来设定或不设定至少一个检测标记。

感兴趣的频谱可以在例如0与1000Hz之间。

电子界面可以被构造为响应于从外部控制器接收到的操作信号在短时间段中对输出信号采样。短时间段可以在0.05秒与1.0秒之间。短时间段可以在0.05秒与0.2秒之间。

电子界面包括微控制器，以处理输入信号并确定FFT。微控制器可以响应于电力的提供和来自外部控制器的操作信号来接收并处理输入信号。

至少一个导体可以包括联接到压电换能器的第一端的第一导体和联接到压电换能器的相反第二端的第二导体，其中能够在第一导体和第二导体上检测到输出信号。

激振重物可以具有在大约20克与大约250克之间的质量。激振重物可以关于轴线轴对称。

附图说明

图1是根据一些实施方式的流体计量系统的框图；

图2是流体计量系统的另一框图；

图3是根据一些实施方式的水量计的截面示意图；

图4是根据一些实施方式的操作流体量计的方法的流程图；

图5是根据一些实施方式的振动传感器的示意图；

图6是根据一些实施方式的泄漏确定方法的流程图；

图7是根据一些实施方式的振动传感器的信号输出的示例频谱；

图8是根据一些实施方式的振动传感器的示意截面图；

图9是根据一些实施方式的振动传感器的局部剖视立体图，其中传感器与形成流体量计组件的一部分的流体管道相关地定位；

图10是图9中所示的振动传感器的分解立体图；

图11是根据另一实施方式的振动传感器的局部剖视立体图，振动传感器被示出为与流体量计组件的流体管道相关地定位；

图12A是根据其它实施方式的振动传感器的俯视立体图；

图12B是图12A中的振动传感器的仰视立体图；

图12C是图12A中的振动传感器的俯视图；

图12D是图12A中的振动传感器的侧视图，示出了沿着图12C中的线A-A截取的局部截面；

图13是根据各种实施方式的振动传感器的电气部件的示意图，电气部件被示出为与流体量计组件的独立处理装置通信；

图14是用于调节从一些实施方式的振动传感器的压电换能器接收到的输出信号的模拟前端电路的示意电路图；

图15A是根据一些实施方式的泄漏检测方法的一部分的流程图；

图15B是图15A中所示方法的其余部分的流程图；

图16A是根据一些实施方式的泄漏检测方法的一部分的流程图；

图16B是图16A中所示方法的其余部分的流程图；

图17是根据其它实施方式的振动传感器的分解立体图；

图18是相对于图17中的振动传感器的基板定位的印刷电路板和压电换能器的立体图；

图19是图17中的振动传感器的部件的截面侧视图，示出了覆盖激振重物内的压电换能器的一部分的柔性印刷电路；

图20A是示出处于展开构造的与图17中的振动传感器实施方式一起使用的柔性印刷电路部件的平面图；

图20B是示出处于折叠构造的图20A中的柔性印刷电路部件的侧视图，其中该柔性印刷电路部件通常至少部分地围绕筒状压电换能器；

图21A是印刷电路的后视图，该印刷电路包括与用于图17中所示的振动传感器实施方式的印刷电路板组合的图20A和图20B中的柔性印刷电路部件；

图21B是图21A的印刷电路的主视图；以及

图22是可选印刷电路板组件的示意电路图。

具体实施方式

一些实施方式通常涉及诸如水量计的流体量计，并且涉及采用这种流体量计的系统和方法。一些实施方式通常涉及振动传感器。具体实施方式涉及用于流体泄漏检测的振动传感器(可选择地，振动传感器与水量计组合)，并且涉及采用这种振动传感器的系统和方法。

特别参照图1至图3，较详细地说明流体计量系统200。系统200包括至少一个水量计100，水量计100经由包括无线电信基础设施的网络(诸如公共或部分公共网络)与服务器210通信。服务器210可以访问数据储存器215。实际上，多个流体量计100将形成系统200的一部分，其中这些量计100均经由网络225与服务器210通信。

壳体300(图3)容纳有水量计100和传感器装置340，传感器装置340包括用于感测管道内的流体流320的流传感器145以及用于感测流体或流体管道的至少一个状态的一个或多个传感器155、156。

在一些实施方式中，水量计100是诸如超声波流量计或磁性流量计等的静态流量计。其它实施方式可以包括机械流量计。该量计将被构造为测量流体流特性，诸如流体管道(为方便起见，称为管腔325)内的最大/最小流量、反向流和其它特征。量计可以包括具有中空内部空间的流管310，用于从流体供应侧330接收和传导流体流320，并且适合于使用流传感器145和嵌入式流传感器155、156来感测关于流体流320的流体状态。流管310可以由合适的材料制成，以允许由流传感器145感测流体。一些实施方式中可以包括黄铜流管。

流传感器145通信地且电气地联接到第一控制器120，第一控制器120具有处理器121和存储器122。第一控制器120从电源135接收电力并将电力传输到其它系统部件。第一控制器120通信地且电气地联接到第二控制器150，第二控制器150自身电气地且通信地联接到一个或多个传感器155、156。在本发明的一些实施方式中，第一控制器120和第二控制器150的功能可以合并到单个控制器或单个处理器中。在一些实施方式中，第一控制器120和第二控制器150的一个或多个功能可以由另一数量的控制器和/或处理器实施。例如，实施方式可以包括附加的处理器电路，例如数字信号处理器(DSP)，但是除非上下文另有说明，否则这种附加的处理器电路应当被理解为作为这里说明的控制器或处理器的一部分而被包括。

第一控制器120仅在期望获得与管道中的流体状态相关的传感器读数时打开第二控制器以及一个或多个传感器的电源，并且第一控制器在其它时刻从一个或多个传感器移除电力。期望的感测间隔可以与每日数据负载(daily data payload)一致，并且根据可构造的间隔进行。

一个或多个传感器155、156电气地且通信地联接到第二控制器150，第二控制器150具有处理器151和存储器152、被构造为根据可构造的间隔来控制一个或多个传感器的启动。一个或多个传感器可以包括用于检测流体压力、管腔325内的振动、温度以及其它流体特性的传感器。还可以设置用于检测其它状态的传感器，并且可以使用多于一种类型的传感器来测量一种类型的状态。取决于期望收集怎样的信息，可以在系统100中包括这些传感器的子集(sub-set)。例如，在一些情况下可能期望测量流体流量、流体压力以及用于泄漏检测的管道振动，在另一些情况下可能期望测量流体流量、用于泄漏检测的管道振动以及水的品质。

市售传感器可以被用作在第二控制器的控制下的传感器，根据需要作出变型以在低功率下操作或者作出变型以允许小的测量阈值。第二控制器150和传感器155、156与第一控制器120和流传感器145的分离可以允许通过如下额外变型将现有的市售流量计适配为用作水量计100：通过在壳体300内包括第二控制器150而进行该额外变型。

在一些实施方式中，第一控制器120和第二控制器150可以包括单个主控制器，单个主控制器具有至少一个处理器和存储器，并执行相同的功能。

电源135通过连接到量计的第一控制器120向包括一个或多个传感器的封装系统提供电力，这进而向第二控制器150供电。

通信模块140电气地且通信地连接到第一控制器120，以便通过网络225与客户端装置220通信并从客户端装置220接收指令。

特别地参照图3，壳体300可以是IP68(参照EN60529)等级的外壳，其由塑料制造，对UV损伤、温度波动以及其它环境因素具有高抗性。在一些实施方式中，壳体300内的量计系统100可以是充分防水的，以经受在水中完全浸没至少48小时而不会受到永久性损伤。量计的带螺纹的或带凸缘的联接部335可以是黄铜，并且在上游端联接到供应网络且下游端联接到用户端的情况下提供上游和/或下游取向。在一些实施方式中，可以替代合适的可选金属或材料。一些实施方式包括完全金属的流管310。带螺纹的联接部335可以通过导电金属带结合。在包括塑料流管或其它材料的实施方式中，可以使用安全线或粘合线以使量计被安全地安装或保持而不具有触电的风险。壳体300内的量计系统100应满足诸如IEC61000-4的最低电磁抗扰度和静电放电(ESD)标准。

量计系统100在操作或存储时可以具有至少-10摄氏度至+55摄氏度和5％至95％湿度的环境限制。量计系统100能够在直射阳光下在高达至少45摄氏度(在一些实施方式中高达50摄氏度)的环境温度下操作。

量计系统100可以提供合适的穿过壳体和连接器的电导率，以确保用于装置的接地的连续性，该接地依赖于作为使主供电电源接地的手段的水管。

在一些实施方式中，将选择量计系统100构造材料以使用最少的具有高回收价值的材料(诸如铜或黄铜)来最小化量计的回收价值，从而降低量计系统100被盗或被故意毁坏的风险。

壳体300还可以容纳按钮、开关、灯或手动致动系统，这将允许操作者确定量计的操作状态或操纵量计的特定功能，诸如手动动力操作、获取读数以及强制数据负载。这些功能可以容纳于外部显示器125或外部界面130。例如，将量计从其睡眠/停机/低功率模式唤醒，使得量计打开并连接到网络的启动机构。该机构的实施方式可以是位于外部界面130的按钮、磁体或LED致动器。

壳体300还可以允许本地显示器125在直射阳光下可以从合适的距离(标称为100cm)读取。本地显示器125能够显示关于量计或在管腔325中感测到的状态的信息，诸如0.1L或更高分辨率的用kL表示的总耗水量、当前时间、量计状态或触发的警报、瞬时流量、通信状态、压力的最新读数、水温或其它信息。

壳体300可以提供对外部显示器125的访问，外部显示器125(例如使用可见LED)示出以下的本地可见指示：

·电源开/关-量计运行或不运行(休眠)

·通信(不可用/搜索/连接)

·电池电量(百分比或电压)

·内部故障(诸如存储器损坏、软件错误、通信硬件故障)

在一些实施方式中，装置100和壳体300可以水平或竖直取向，并且可以与管腔325并行地(in line)直接安装或者安装在连接到管腔325的旁路管中。可以以最小上游距离将装置安装于连接到流体供应网络330的管腔325。量计系统100可以持续满足任何安装取向上的所有要求。

在一些实施方式中，可以与通信模块140电气连接且通信连接地安装高增益天线，以改善低覆盖区域中的信号强度。实施方式可以包括位于量计的盖上或在量计壳体300内的低轮廓固定装置。替代实施方式可以包括至少一个外部天线端口，该外部天线端口适于接收之后安装的高增益天线，该天线端口与通信模块电气连接且通信连接。在这种实施方式中，天线和天线端口可以包括合适的材料，满足IP68等级，并且抗UV损伤、温度波动和其它环境因素。在其它实施方式中，任何所需的通信天线将被安装在内部。

量计100的电源135向所有部件供电。电源135可以是具有长寿命和低自放电、适合于长期安装(理想地，10年、15年或更多年)且无需更换的种类。电源135的实施方式可以是例如锂电池的形式，具有3.0V、19Ah的容量(@0.5a@1％的占空度)，标称电压为3.6V，最大1秒脉冲至3.0V、3A，@0.5A、2.8V时最大脉冲长度1000秒，无延迟时间至3.0V@0.5A，重量约为140g，安全操作范围为-40℃至+85℃，并且10年之后96％的容量留存。然而，可以以与以上列出的那些不同的操作和/或功能参数来使用其它合适的电源。壳体300应允许对电源135的访问以进行维护或更换。

参照图1，系统100以第一控制器120和第二控制器150两者为特征。

第一控制器包括处理器121和存储器122。存储器122可以包括易失性和非易失性计算机可读储存器的组合，并且具有足够的容量来储存可由处理器121执行的程序代码，以便执行如本文说明的适当处理功能。例如，处理器121执行储存在存储器122中的程序代码，以启动第二控制器150或流传感器145，这进而根据需要获取读数。处理器121可以启动水量计100内的其它系统部件，诸如外部显示器125、外部界面130以及通信模块140。

第一控制器120还通过电源135接收电力，并且通过有线连接从电源135向第二控制器120和传感器155、156提供电力，并且向其余系统部件提供电力。

第一控制器120与通信模块140接合(interface)，并且能够通过网络225接收指令或固件升级、通过网络225发送所存储的数据。该数据可以涉及量计的状态或感测到的管腔325内的状态。

第二控制器150包括处理器151和存储器152。存储器152可以包括易失性和非易失性计算机可读储存器的组合，并且具有足够的容量来储存可由处理器151执行的程序代码，以便执行如本文所说明的适当处理功能。例如，处理器151执行储存在存储器152中的程序代码，以向传感器155、156提供电力，并且获取和存储从传感器155、156感测的关于流管310的管腔320内的流体状态的数据。流管310可以形成包括量计100的量计组件的一部分，并且与流管310中流动的流体相关地执行量计100的计量功能。

存储器152可以在数据寄存器中储存感测到的流体数据，以在连接到网络225的客户端装置220请求时或者根据储存在存储器152、122中的程序代码所指示的通过通信网络225发送。

在图1中，处理器121、151被称为CPU(中央处理单元)。该术语以非限制性能力使用，可以使用任何合适的处理器或微处理器。在第一控制器120和第二控制器150包括单个控制器的实施方式中，根据上述，单个控制器可以具有至少一个存储器和至少一个处理器。

第一控制器120或第二控制器150可以可选择地被构造为接收指令并与客户端装置220(例如手持装置或笔记本计算机)直接通信，以便通过本地数据界面131在本地构造或诊断量计。本地界面131的实施方式可以是光学、有线或无线通信系统的形式，适合于连接到笔记本计算机和/或手持装置。预期的是，仅在量计故障或者如果在实地需要其它改变的情况下才可以访问该本地数据界面131，这是因为可以通过通信模块140通过网络225来构造量计。

通过该本地数据界面131，诸如警报、传输间隔和其它相关领域的所有参数可以是可构造的或可编程的。可以通过该界面来提取提供量计信息的诊断日志。期望的是，与本地数据界面131的连接使用来自电源135的零功率或最小功率，而不是由客户端装置自身提供电力。

在一些实施方式中，第一控制存储器122或第二控制存储器152可以储存预定的数据储存容量，用于存储最小量的测量数据。例如，第一或第二控制存储器122、152可以具有足够的储存容量以储存最少10天、20天、30天或40天的时间标记的流体数据，以及对应的间隔数据、量计固件信息和其它相关信息。

针对一些实施方式的本地数据界面131的其它要求包括：本地数据界面131提供对所有储存的账单数据、事件和警报进行检索的能力。还可以要求本地数据界面131提供升级固件以及读取或升级构造的能力。

可以通过基于标准的相互认证方案来确保对本地数据界面131的访问。所使用的任何密钥或证书均能够被撤销和/或替换。在一些实施方式中，本地数据界面支持基于角色的访问控制。至少可以支持“只读”、“构造”和“完全访问”角色。出于审计的目的，可以记录所有对本地数据界面的访问。审计日志至少可以包括日期/时间、操作和用户的身份。

第一控制器120或第二控制器150可以具有内部时钟。所感测到的流体流特性可以在需要时通过内部时钟上的时间设定被加上时间戳。

现在参照图2，水计量系统100还包括与至少一个有线客户端装置220和数据储存器215连接的一个或多个服务器或服务器系统(在本文中为了方便而被称为服务器210)。在一些实施方式中，客户端装置220包括有线的计算装置或诸如笔记本计算机或智能电话的便携式计算装置。服务器210可以包括或被配置为监督控制和数据采集(SCADA)服务器，以从位于各种不同位置的水量计100接收数据。

该数据通过数据网络接收，该数据网络包括至少部分无线的合适的通信基础设施(诸如蜂窝网络)。

例如，流量计系统100的通信模块140可以被构造为使用用于移动电话的GSM或GPRS/3G标准或其技术后继者将数据发送到服务器210。

因此，通信模块140通过使用可用移动电话基础设施的直接移动数据通信与服务器210通信，而不是使用一系列中继段(hop)和其它基础设施来发送信息。可选地，可以采用较低功率、较短距离的无线通信技术，例如，本地无线数据枢纽足够接近以支持与附近的水量计系统100内的通信模块140的无线通信。然而，为了简单、快速和可靠，优选的是，从通信模块140到服务器210的更直接的通信形式。

服务器210处理从通信模块140接收的数据，并将其储存在数据储存器215中，以便根据需要进行随后的检索。数据储存器215可以包括任何合适的数据储存器，诸如本地、外部、分布式或离散数据库。如果在服务器210处从量计100接收的数据指示量计100中的任一者或多者的警报状态，则服务器210访问数据储存器215以确定与特定警报状态相关的待采取的预定的适当行动，然后采取适当行动。所要采取的行动可以依据量计100而变化，例如一些量计100可以被构造为感测与其它状态不同的状态。这种行动可以包括例如向一个或多个客户端装置220发送例如文本信息和/或电子邮件的形式的一个或多个通知。

无论在服务器210处从量计100接收到的数据是否指示警报状态，所接收的数据均被处理并储存在数据储存器215中，用于服务器进程和/或来自客户端装置220的请求的随后检索。例如，服务器210可以执行处理(例如基于储存在数据储存器215中的程序代码)，以向一个或多个客户端装置220执行趋势和报告功能。

可以启用通信模块140以与服务器210进行双向通信，使得能够接收固件升级和/或能够远程执行诊断测试，并且客户端装置可以远程构造数据负载间隔和/或从量计请求当前(或实时)数据。

参照图1，进一步详细说明通信模块140。通信模块可以电气地且通信地连接到第一控制器120，通信模块通过该连接从电源135接收电力，或者在一些实施方式中直接从电源135接收电力。

通信模块140的构造可以包括天线和用户身份模块(SIM)卡。通信模块140可以包括本领域技术人员判断为实现本文所说明的功能所必需或期望的附加部件和/或电路(未示出)。

量计100的一些实施方式具有通信需求，该通信需求包括量计100能够根据要求通过网络225测量和报告：

·瞬时水流量(以升每分钟表示)；

·当前电池电量(以伏特和估计百分比表示)；

·总量计启动时间(唤醒耗时、传输耗时、接收耗时)和通信包计数器；以及

·当前内部温度。

在一些实施方式中，量计100需要能够根据要求向通信网络供应识别数据。

量计100可以要求能够根据要求和/或按照计划向通信网络供应所有所储存的间隔数据、寄存器快照、事件、警报和其它任何商业数据或状态信息。

在一些实施方式中，量计100要求能够通过通信网络接受固件升级。所有的固件部件均可以升级。固件升级处理可以耐受通信断供、电力中断、头端系统断供和传输中的错误。

量计系统100可以要求能够独立且自动地检测故障，并且在不可能恢复时恢复或回滚到先前已知的良好设置或参数(图像)。量计100能够接受构造改变并通过通信网络225报告当前构造。

在一些实施方式中，量计100要求能够通过通信网络225而使量计100的时间同步。

要求量计100具有可构造的通信重试和回退次序，其允许重新发送未成功发送到服务器210的数据负载。例如，如果量计尝试发送其数据负载并且未成功，则量计可以重试可构造的次数(诸如3次、5次、10次或其它的次数)。在此之后，量计可以返回至深度睡眠/低功率模式并且在数小时之后尝试通信。

在其它实施方式中，量计可以重试发送未成功的负载，然后返回到深度睡眠/低功率模式，直到下一计划传输时间(例如下一天)。在这种实施方式中，量计和通信模块可能要求处理比正常数据负载大的数据负载的能力。例如，如果量计不能通信10天，则这将使负载的大小为常规负载的大小的10倍，将使通信模块140长时间地启动。

在一些实施方式中，传感器155、156物理地和/或电气地连接到第二控制器150，并且感测管腔320内的流体状态。在其它实施方式中，传感器155、156可以电气地和/或物理地连接到第一控制器120，或者在通过一个控制器提供第一控制器和第二控制器的功能的情况下，传感器155、156可以连接到该控制器。这些传感器155、156可以包括多于两个传感器或传感器功能，至少一个传感器包括振动传感器、压力传感器和杂散电流传感器。传感器155、156可以包括其它传感器或传感器功能以感测导电性、流体温度、pH水平和游离氯含量。在一些实施方式中，可以由各个传感器感测多个流体状态。

图3示出了如下实施方式：计量系统100与流体供应管道325并行地安装，以通过流体流管310与来自供应管道325的流体连通，经由流体流管310检测管腔320中流动的流体的状态。在该实施方式中，振动传感器500、传感器装置340以及其它传感器155、156位于流管310上/位于流管310中或者与流管310关联。

依据所使用的传感器的构造，传感器155、156可以被单独安装，或者作为一个单元安装。传感器155、156感测管腔320内的至少一种状态。所说明的传感器可以是超低功率的，具有低启动电流和小稳定时间，以便最小化功耗。

在一些实施方式中，传感器155包括振动传感器500，振动传感器500与管腔320接合以便在上游流体供应管道系统中检测振动。在一些实施方式中，一部分振动传感器500例如通过抵接与位于(上游)供应侧330的量计流管道联接件335的一部分直接接触。传感器500能够使用合适的固定技术与管道联接件335物理地接合。例如，如果固定件将不会以进一步振动的方式提供机械动作，则能够使用粘接固定件或者诸如垫圈固定件或螺钉的固定件的机械方法。

图5绘示了包括压电传感器系统的振动传感器500的实施方式。传感器500包括至少一个薄堆叠导电板515(由诸如铜的合适材料制成)以及两个或更多个压电元件或板535。压电板535和导电板515的堆叠布置于彼此连接的激振块510与基底单元520之间。固定轴530将激振块510夹持或连接到基底单元520或基底单元520上，固定轴530可以在静止状态下施加压缩力，但仍允许压电传感器板535在铜板515之间的小的移动和压缩。基底单元520包括被构造为从流管道的材料向压电板535输送振动移动的一个或多个块。基底单元520还可以是具有用于紧固的预备物(provision)的铸型安装板形式的量计流管道联接件335或流管310的集成部分。铜板和压电层的数量可以在实施方式之间变化。图5中示出的示例示出了两个铜板515和三个压电元件535。导电板515可以比压电板535实质上薄例如大约5至20倍。在一些实施方式中，例如，铜板的厚度可以是0.1mm至0.2mm之间，而压电板的厚度可以是1mm至2mm。应理解的是，图5未描绘振动传感器500的成比例的实施方式。

沿着上游流体供应网络的流体管道所传输的振动可以联接到量计100的流管的材料中，从而被传输到与流管310连接的基底单元520，或者在一些实施方式中，传输到量计联接部335。当振动行进通过基底单元520时，压电板535在激振块510与基底单元520之间抵靠压缩。一个或多个电导体525可以连接到铜板515以将由压电板535产生的电流(或输送电压差)传送到量计100中的处理电路。在一些实施方式中，多个压电板535用于对振动信号提供放大效果。

传感器500可以被构造为通过过程400或600沿着导体525向第二处理器152提供感测到的流体状态数据。

固定有传感器500的流管310的材料应当由适合于沿着流管310的表面传导可检测的振动的材料构成。可以想到的是，上游供应管道和/或流管310可以由振动传导金属(诸如黄铜、铜)形成或包括振动传导金属，然而在一些实施方式中，上游供应管道和/或流管310可以包括合适的可选振动传导材料。

在图6中说明使用振动传感器500的泄漏检测方法600的实施方式。在610，振动传感器500等待通过第二控制器启动。一旦预定的测量间隔(储存在存储器122中)到期，第一控制器120就使电源135向第二控制器150提供电力，以接收来自振动传感器500的输出信号。在阶段620，控制器可以等待来自振动传感器500的诊断信息，并且可以等待传感器500可操作的确认。

在620，振动传感器500捕获模拟信号形式的振动数据。在阶段620可以按顺序读取多个读数。感测到的数据将沿着导体525传输到第二控制器150，并且在一些实施方式中储存于存储器152。

在625，第一控制器120或第二控制器150对模拟时域数据执行快速傅立叶变换(FFT)。在630，可以对FFT数据进行诸如带通滤波的滤波以识别与一个或多个预定泄漏状态一致的频率范围。在图7中，这种实施方式的示例被示出为FFT输出的假定图，其中幅值位于Y轴并且频率位于x轴。

在635，在对FFT数据应用任何滤波之后，可以使数据与预定阈值进行比较，进一步表示泄漏状态。在一些实施方式中，阈值710可以包括积分阈值，其中可以基于带通滤波范围内的频率范围的积分来评估泄漏状态。在这种实施方式中，频率范围中的总面积可以是通过阈值710评估的状态。图7表示一个如下示例：尽管存在预定范围715中的频率，但是滤波频率范围的积分716不满足阈值710。在这种实施方式中，频率范围720的积分721确实超过阈值710，因而将被检测为一种类型的泄漏或多种类型的泄漏。

在一些实施方式中，阈值710可以是幅值的阈值，其中715和720均在滤波范围内包含超过幅值阈值710的频率717、722。在这种实施方式中，尽管检测到滤波范围内的频率726，但是频率726的幅值未超过阈值，所以频率范围725将不会超过阈值710。

在一些实施方式中，阈值710可以被构造为具有适当低的值，以使在滤波范围内幅值大于零的频率的存在可以表示一种类型的泄漏或多种类型的泄漏。在这种实施方式中，频率范围715、720、725均可以表示一种类型泄漏或多种类型的泄漏的存在。

各种振动频率特性可以被用于确定和区分不同类型的泄漏或泄漏的组合。在一些实施方式中，流体流320的至少一个附加感测到的特性可用于连同振动数据来识别至少一个泄漏状态。例如，检测到范围715、720、725中的频率可以不触发警报状态，除非连同检测到通过传感器155、156或通过流传感器145感测到的预定状态(例如，检测到低流量和/或检测到低压力)。在满足该附加状态的情况下，在范围715、720、725中的任意范围中的频率可以表示泄漏的存在。在以上说明的实施方式中的任一者中均可以构造阈值710，但是还取决于检测到的至少一个感测的流体状态。在这种实施方式中，可以连同振动使用至少一个感测到的状态，诸如传感器155、156或流传感器145感测到的温度、压力、流量、电导率、pH水平、游离氯含量或者其它状态。

在635中完成该阶段之后，第一控制器120或第二控制器150在640中更新表示一种或多种泄漏存在或者表示未检测到一种或多种泄漏的警报状态。该警报可以是包括至少一个比特的二进制标记。在这种实施方式中，标记的比特可以表示任何泄漏的存在。

在一些实施方式中，至少一个比特可以用于标记特定类型的泄漏(例如连接泄漏)的存在或者用于标记多个泄漏状态的存在。

在阶段645，警报状态储存在第一控制存储器152或第二控制存储器122内，以与正常数据负载一起发送。

在一些实施方式中，传感器155或156包括表压传感器，表压传感器可以在0巴-15巴(0mH₂O-150mH₂O，即“米水头”)的范围操作。可以调节来自压力传感器的数据以适应量计的高度和量计100装置的构造。

一些实施方式可以包括市售压力传感器，压力传感器具有板载模数转换和合并的温度感测能力。这种传感器应在规定的压力范围内可靠，并且是超低功率的。

在一些实施方式中，压力传感器或其它传感器155、156可以安装在流管310的内腔(管腔320)内，安装在具有可以与流体流330直接接触的壳体的传感器装置340中。在这种实施方式中，压力传感器、传感器装置340以及连接可以适当地防水并且抵抗来自流体流330的状态的磨损。在其它实施方式中，传感器装置340包括与流体流330直接接触的传感器155、156。在其它实施方式中，传感器装置340可以安装于流管310的外部主体。在这种实施方式中，传感器155、156可以不需要为了获取读数而与流体流320直接接触。

在一些实施方式中，传感器155、156包括杂散电流检测传感器，可选择地包括磁力计。磁力计可以位于靠近管腔320的位置并且被构造为检测因管腔320中或管腔320附近存在漏电流而引起的磁场。

实施方式允许检测由于比特定安培水平高的漏电流引起的磁场，该特定安培水平(例如1A的电流)可能对人类或其它动物有害。可选实施方式可以允许较低或不同的电流检测阈值。

杂散电流检测传感器可以被构造为从至少一个控制器120、150接收指令。在一些实施方式中，第二控制器120可以定期地轮询传感器以检索包括在每日数据负载中的读数。可选择地，在不同时间轮询振动传感器。

在轮询周期期间，检测到杂散电流可以触发警报状态，根据过程400储存在存储器152、122中并且以规则的(例如每日)数据负载发送到外部服务器210。

在一些实施方式中，流传感器/水量计系统100(为了方便这里被称为水量计100)包括与第二控制器120电气地且通信地连接的磁性流量计或超声波流传感器145。

流量计控制器120可以适合于将测量的流数据保留在存储器122中，以通过网络225与每日负载数据一起传输。可以使用市售流量计系统，在一些实施方式中变型以与第二控制器150以及传感器155、156适当接合。

水量计100可以包括用于检测和/或测量管腔325内的流体流320的至少一个部件、用于在时间段内检测和/或测量最小流量或最大流量的部件、用于检测和/测量反向流体流(也就是朝向流体供应网络330的流)的部件。依据流量计的能力，可以通过第一控制器120或第二控制器150来感测、测量和储存温度、电导率、游离氯含量或其它流体流特性。

水量计100的一些实施方式具有其它要求，诸如具有最小流量，该最小流量根据量计的尺寸而需要在每小时10升、20升、40升或更高的范围。量计的尺寸可以变化，并且可以在29mm、25mm、23mm或40mm的范围。实施方式可以包括更大或更小的尺寸。

量计100可能要求被构造为具有最大或最小允许测量误差(MPE)。在一些实施方式中，这可以包括2％-5％的范围。MPE的构造可以与NMI R49和II类(class II)量计一致。

量计100可能要求能够检测和测量反向流。

在一些实施方式中，量计100要求配备单止回阀或双止回阀。

量计100可能要求能够(利用时间戳)记录峰值每日瞬时流量(以升每秒为单位，分辨率为约0.01升)。量计100可能要求能够测量和记录水压(以m.H2O(即“米水头”)为单位)。该压力值可以为表压。

在一些实施方式中，量计100要求能够测量和储存耗水间隔读数(间隔数据)、总耗水累积(累积寄存器)以及累积寄存器的按时间排列的快照(寄存器快照)(统称为账单数据)。间隔数据的间隔长度可以是可构造的，至少支持以下值：1分钟、5分钟、15分钟、30分钟和60分钟。在一些实施方式中，可以使用其它值。可以以千升为单位测量和储存累积寄存器，其中分辨率和有效数字基于量计尺寸，分辨率可能的范围在大约100,000kL至大约1,000,000kL。

可以以升为单位测量和储存间隔数据，其中分辨率和有效数字基于量计尺寸，分辨率可能的范围在100L至10,000L之间。

可以想到的是，每预定时间段(即一天)通过网络225从第一控制器120传输数据负载。该传输频率可以是可构造参数，允许更大频率或更小频率的负载传输。所有感测到的数据的数据收集间隔可以是可构造的。

以下说明数据负载内容的实施方式。数据负载的内容可以根据所使用的传感器的能力变化。

可以对管腔325内的体积流体流进行记录并且每30分钟加时间戳(time-stamped)。在一些实施方式中，可以以较短的间隔(诸如10秒)进行记录并加时间戳，用于第一控制器120或第二控制器150通过算法进行总结，并且以每日负载进行传输。

由于流量计的一些实施方式可以每数秒就记录数据，所以可以仅传输每天的最大流量的值和时间戳。该数据对于在各量计100处确定瞬时流高峰(flow spikes)是有价值的。

在量计100的一些实施方式中，可以感测温度和/或电导率。这些可以利用传感器155、156或者流传感器145的实施方式来进行感测。在感测这些状态的实施方式中，可以以可构造的间隔(例如每4小时)来记录所感测的流体数据的加有时间戳的值。将与主要的流数据负载一起每日传输该数据集。

在监控功耗时，可以与每日负载一起传输电源135的电压水平以监控寿命。另外，可以记录每日量计通信活动的时间并将其作为量计功耗的指标与每日负载一起传输，该量计功耗基于量计(成功或不成功地)连接到网络225的尝试。每日活动时间可以以秒为单位来表示量计启动通信模块140的时间。

在一些实施方式中，带有每日负载的警报可以是客户泄漏警报，可能是表示连续使用的二进制标记(例如所记录的流量持续24小时大于5L/h。该值可以是可构造的，并具有规定的默认值。

可以以二进制标记来记录反向流警报。可以以升为单位记录沿反向(例如朝向水供应网络)流动的流体的反向流体积。

空管警报可以通过二进制标记来表示，并且可以通过操作流传感器145检测。

篡改警报将表示强磁场的存在或影响磁性流量计实施方式的其它电源的存在。可选择地，这可以表示通过故意毁坏或打开水量计壳体300来进行篡改。

流传感器145构造的一些实施方式将允许高/低压警报。用于该警报的阈值可以为每个量计构造并具有初始默认值。该警报可以通过用户的选择来启用或禁用。

高/低温警报可以是用户可构造的并具有储存在第一控制存储器或第二控制存储器中的默认高温阈值和默认低温阈值。

高流量警报可以表示管腔325内的流体流320是否在限定的时间段内异常高。该警报可以基于默认警报阈值触发值来触发并且可以是可构造的。例如，该警报的触发可以表示存在破裂的管。

网络泄漏警报可以是二进制标记，并且可以基于振动传感器的频率输出。当检测到幅值超过限定阈值且是流体供应网络泄漏的特征的识别频率时，将触发该警报。

这些警报可以要求来自服务器210的确认，并且可以在状态改变时再次传输。如果未被服务器210确认，则在适当的间隔之后，量计100可以继续在数据负载中报告警报二进制值，直到接收到来自服务器210的确认。

通过服务器210，二进制文件形式的多播端点固件和构造数据可以被发送到一些或所有端点量计100。用于此的机构可以是有效力的，以使它对电池寿命的影响最小。至少一个控制器120、150可以储存所发送的固件/构造二进制文件，并且仅在完全下载和认证后才应用这些文件。如果由量计100接收的数据不完整或毁坏，则至少一个控制器120、150的一些实施方式可以替代地依赖于现有构造直到获取新构造数据为止，而不是覆盖现有文件。

估计典型的每日数据负载为大约100字节，包括下表中列出的所有强制的和可选择的参数数据集。在一些实施方式中，负载将使用受约束的应用协议(CoAP)和JavaScript对象表示法(JSON)或二进制信息。仅以示例的方式提供的数据负载的实施方式可以包括以下字段和数据大小分布：

·日期和时间戳数据，7字节

·流数据(在数据集中的多个记录的情况下，每0-999.9升的48个读数)～62字节

·账单寄存器，～8字节

·量计识别数据，～8字节

·量计固件版本～0.5字节

·电池电压，～9比特

·量计每日活动时间，～17比特

·压力，每天6个读数+读数间隔，～7字节

·振动，每天3个读数+读数间隔，～7字节

·每日最大流量+时间戳偏移量，～4字节

可以根据量计和传感器构造与每日负载一起传输其它数据。

通过访问本地数据界面131，用户可以直接访问或触发负载数据的发送，或者本地请求来自量计100的测量。

根据一些实施方式的负载数据要求包括量计100能够至少在本地储存(包括在没有功能通信的情况下)：

·100天的间隔数据(具有30分钟间隔构造)和寄存器快照(具有每日寄存器快照)；

·最近50个事件。在一些实施方式中，事件可以是被触发的警报状态。在其它实施方式中，事件可以是负载数据传输的带时间戳的示例；以及

·各警报的警报状态(已宣称/未宣称)。

在一些实施方式中，量计100还要求能够本地储存如下信息：该信息被记录为可以是用户可构造的事件。量计100可以要求能够在可构造的基础上被记录为事件或警报：

·连续低流量(泄漏检测)(在时间段内不小于所提供的升每分钟的值)；

·连续高流量(爆裂检测)(在时间段内大于所提供的升每分钟的值)；

·篡改检测；

·电池电量低(在一些实施方式中，这可以是剩余天数或容量百分比)；

·高内部温度(大于摄氏度值)。

在一些实施方式中，量计100可以要求能够在可构造的基础上将以下特征记录为事件或警报(其中装配有合适的传感器)：

·反向流(在时间段内大于所提供的升每分钟的值)。

·高压和低压(大于或小于以米.H2O为单位的所提供的值)。

·高温和低温(大于或小于以度为单位的所提供的值)。

应当理解的是，在一些实施方式中，可选择地，所提供的值可以是可构造的值。

在一些实施方式中，用户可以将可选事件或状态定义为警报。警报可以被构造为自清除(当警报状态结束时，警报自动清除)或操作者清除(警报保持触发直到操作者清除警报)。触发的警报可以在设定时生成一条信息，在清除时生成另一条信息(在警报状态存在的整个时间内不会连续生成信息)。应当能够读取警报的当前状态。

在一些实施方式中，量计100可以要求对警报阈值实施合适的滞后以防止重复触发和清除警报或者重复记录事件。

在一些实施方式中，量计100可以要求能够为各警报维持警报状态(触发或未触发)并且可以提供机构以清除该状态。

现在参照图4，流体监控的方法400被更详细地示出并说明。方法400由至少一个控制器120、150执行，以控制一个或多个传感器155、156或者流传感器145的操作，从而感测管腔320中的流体状态。

在方法400的一些实施方式中，在410，第一控制器120在将电力切换到至少一个传感器155、156、145之前等待预构造的时间间隔到期。410的时间间隔可以是用户构造的或者是默认值。在410中时间间隔到期之后，第一控制器120将电力切换到传感器415并且等待至少一个传感器155、156、145的“预热”周期。这可以包括至少一个传感器开启它们自己的内部电子设备的电力、运行它们自己的操作诊断(如果适用)、并且可能表示它们的操作状态(例如，正常操作或者部分或完全不操作)。间隔定时可以基于量计内部时钟每小时一次地对时，或者根据服务器200限定定时。可以根据需要使用其它对时器。

一旦一个或多个传感器155、156、145已经预热，并且假设它们是可操作的，则传感器155、156、145测量相关状态并在425经由线缆157向传感器155、156、145的构造的控制器120、150提供数字或模拟输出信号来表示它们被构造来感测的状态值。如果适用，来自传感器155、156、145的输出信号被从模拟信号转换为数字信号，然后解译并储存在存储器122、152中用于随后向服务器的传输。在425的该时间期间，如果适用，可以应用使用算法对感测数据的任何附加计算。

在430，一旦从传感器155、156、145接收到传感器测量量(即输出信号)，第一控制器120就停止从电源135向传感器155、156、145供电。第一控制器120处理从输出信号导出的数据，以将测量值与预构造的警报状态水平进行比较。在一些实施方式中，该处理可以由第二控制器150完成。例如，在435，至少一个控制器120、150可以设定指示警报状态的二进制标记。

如果检测到警报状态，(例如因为感测到的测量量大于或等于特定传感器类型的警报阈值)，则第二控制器120将二进制标记内的标记比特提高以表示哪个/哪些警报被触发。在440，将数据储存在至少一个控制存储器122、152中，以在通知间隔到期时储存。该数据可以包括典型负载数据和/或警报状态。

在445，如果通知间隔到期，则第一控制器120使通信模块140开启(例如通过使电源135向通信模块140供电)并且在455将适当的信息传输到服务器210。如果通知间隔未到期，则在进行到450之前，第一控制器可以等待直到通知到期。在一些实施方式中，410中的测量间隔可以在445中的通知间隔到期之前再次到期。在这种实施方式中，数据可以作为离散的时间戳条目连续储存在440中而不被覆盖。

还可以执行步骤440和445以发送通知信息，其中位于水量计100的盖传感器(未示出)检测到盖打开，或者检测到传感器或遥测单元120中的某种错误。

例如，发送到服务器210的信息可以包括遥测单元的识别符、时间戳、一个或多个感测值的表示(如果适用)以及警报或通知类型。与此同时，可以再次多次执行步骤410到440直到通知间隔在445到期。

通知间隔可以是多个小时，例如四小时、六小时、十二小时、二十四小时或其它小时数，而测量间隔可以是几分钟的量级，例如一分钟、两分钟、三分钟、四分钟、五分钟、十分钟、二十分钟、三十分钟、四十分钟、五十分钟、六十分钟或更多分钟。

在一些实施方式中，通知间隔可以被构造为在435中检测到警报时到期。在这种实施方式中，检测到警报状态可以触发警报和/或数据负载的传输。在一个实施方式中，用户可以在检测到至少一个警报事件时将内部通知构造为到期，并且用于待发送的警报或数据负载。这种事件可以是检测到一种警报状态或者检测到警报状态的组合。

在下表中详细说明了包括所建议的默认采样间隔的量计构造的一些实施方式。

现在参照图8，更详细地示出和说明了振动传感器800的示意性截面图。振动传感器800在与传感器500类似的基础上操作，其中振动传感器800具有传感器基部820，传感器基部820被构造成抵接流管310或位于流管310附近，用于接收从上游(或下游)管道传播到流管310的材料中的振动。传感器基部820被配置成传播压电换能器835的响应于所接收的振动的振动运动。激振重物810位于压电换能器835的与传感器基部820相反的那侧。由于激振重物810因其惯性而趋向于保持相对静止，所以压电换能器835(在激振重物810与传感器基部820之间)被小的压缩和弯矩挤压，其中弯矩通过传感器基部820传递的振动而产生。这种小的压缩和弯矩引起了通过压电换能器835(或跨过压电换能器835的电压)的可检测的电流。该电流被检测为随时间变化的电信号，该电信号可以被感测为经由导体825的电输出，其中导体825联接到位于压电换能器835的电极815。

振动传感器800相对于振动传感器500的不同之处在于，在振动传感器800中采用可变化的压缩元件，而在传感器500中使用施加静态压缩的固定轴(affix shaft)530。该压缩元件可以是弹簧830的形式(例如，该弹簧830被配置为对激振重物810施加力)，以便将压电换能器835以静止状态(即，在不会发生因振动的运动时)置于压缩中。使压电换能器835在静止状态下处于压缩中的效果提供了当发生振动时在导体825上检测到的改善的信号输出品质(作为压电换能器835的电输出)。

压缩元件可以采用各种形式，如果压缩元件用于将激振重物偏置到压电换能器835上则还可以包括呈螺旋弹簧形式的弹簧830，或者可以采用其它形式的弹簧，诸如一个或多个板簧或波形弹簧(930，图9和图10)。在一些实施方式中，压缩元件可以包括一个或多个夹具或施力装置，其被配置成在压电换能器835的方向上对激振重物810(或本文说明的其它激振重物实施方式)提供类似弹簧的弹性偏置力。

在图8所示的配置中，振动传感器800具有传感器壳体840，传感器壳体840的尺寸和配置适于装配于弹簧830、激振重物810和压电换能器835并且基本上封闭和/或保持这些元件抵靠传感器基部820就位。尽管在图8中未示出，但是壳体840通过诸如紧固件和/或夹子或闩锁的附接部件可移除地附接到传感器基部820。

壳体840的顶部841中可以形成有定位结构(registration formation)842，以便有助于将弹簧830定位(配准)为抵靠壳体840的顶部841。定位结构842可以为凹陷区域的形式(或者，在其它实施方式中，可以包括一个或多个突出部或凸缘)，以便有助于将弹簧830适当地定位成与激振重物810和压电换能器835同心且同轴。壳体840的顶部841还有助于提供顶部支承面，弹簧可以支撑抵靠于该顶部支承面，以便对激振重物810施加力。

激振重物810可以被形成为大致筒状，例如，下部810遍及且绕着压电换能器835的大部分延伸，同时在激振重物810的底面811与传感器基部820之间留下间隙空间，其中压电换能器835对传感器基部820施力。间隙空间允许激振重物810响应于特定种类的振动而相对于传感器基部820有一定程度的角度倾斜。激振重物810具有上部810b，其具有朝向壳体840的顶部841定位的顶面814。激振重物810被成形为在肩部位置处限定支承面813，激振重物在该肩部位置处在下部810a与上部810b之间过渡。支承面813被配置为与弹簧830的下端接触，以便允许来自弹簧的力传递通过激振重物810并传递到压电换能器835。激振重物810的上部810b的柱状面被配置成与弹簧830的内螺旋面接触，以便有助于将弹簧830适当地定位成与激振重物810和压电换能器835同心且同轴。

压电换能器835优选地被形成为柱型换能器，并且可以由PZT(锆钛酸铅)或PVDF(聚偏二氟乙烯)压电材料形成。压电换能器835置于传感器基部820，其中盘形印刷电路电极815位于压电换能器835的底部与传感器基部820的上表面之间。压电换能器835具有平坦底部和平坦顶部，其中平坦底部与平坦顶部之间具有柱状，并且由通过激振重物810施压的弹簧830施加到压电换能器835的上平坦端部的力而使压电换能器835保持就位于传感器基部820的平坦中央区域。第二盘形印刷电路式电极815位于压电换能器835的顶部，并且可以是将压电换能器835的平坦顶面与激振重物810的向下支承在压电换能器835上的相应的平坦凹陷内表面分开的唯一物质。

在激振重物810的下部810a中形成腔，并且该腔由激振重物810的内筒状壁812限定。腔与激振重物180的柱状部分同轴且同心。腔的尺寸被形成为接收压电换能器835的长度的大部分(大于一半，例如在大约50％-95％之间、可选地在大约75％-90％之间)，但是小于压电换能器835的全长，同时允许筒状壁812与压电换能器835的柱状外表面之间的微小间隙。例如，该微小间隙816可以具有大约0.2mm至大约0.9mm的径向宽度，以便允许有导体从顶电极815向下通过压电换能器835的一侧的空间。在一些实施方式中，在不存在导体825的区域中，间隙816可以为大约0.7mm。间隙816还允许在压电换能器835的柱状外表面与激振重物810的筒状壁812之间的绝缘层。

压电换能器835的顶部和底部处的电极815的尺寸被选择为薄的，并且在顶部处，电极在径向上不大于压电换能器835(除了例如0.5mm的小边缘)。选择电极815的载体材料(即用于承载印刷电路的柔性基板或通常用于PCB的薄纤维板)以具有电绝缘性质，从而避免电流在压电换能器835与传感器基部820之间通过。在可选实施方式中，可以采用不同种类的电极作为电极815，并且可以通过独立的薄绝缘层而不是通过承载电极815的导电部分的绝缘材料来提供绝缘性质。

图9和图10示出了振动传感器900的实施方式，其适于安装在水量计组件壳体980内，以便能够感测在水量计组件100的流体管道310中传播的振动。振动传感器900以与振动传感器800基本相似的方式操作，这是因为振动传感器900使用施力元件将激振重物910向下压到压电换能器935上，使得压电换能器935在激振重物910与传感器基部920之间被压缩。然而，振动传感器900与振动传感器800的不同之处在于，振动传感器900使用波形弹簧930作为施力元件，并且振动传感器900包括专用的本地处理单元(例如位于壳体940内的PCB(印刷电路板)970形式的本地处理单元)，以便提供处理单元150的功能。换言之，PCB970被构造为接收来自导体925的输出信号(其中导体925被联接以接收来自压电换能器935的电输出)，并且放大、滤波和处理这种输出，以便确定传感器振动是否表示在振动传感器900的位置的上游存在流体泄漏。还可以与振动传感器800的实施方式一起采用这种本地处理单元配置。

PCB970在壳体940内的定位允许振动传感器900被设置为独立单元，用于预先组装到量计组件壳体980中。传感器被构造成安装于流体管道310的安装板982，使得传感器基部920可以接收通过安装板982传播的振动。安装板982被形成为平坦的部分，该平坦的部分大致切向于流体管道310的直径地延伸并且提供平坦的安装面，当传感器基部920以平行且抵接的配置安装到安装板982时，传播到流体管道310中的振动通过该平坦的安装面可以容易地传递到传感器基部920中。

在各种实施方式中，根据本文说明的实施方式的振动传感器可以作为独立装置联接到不是水量计的另一装置。例如，本文说明的振动传感器可以与数据记录器联接并且独立于量计或流动单元地投入使用。

图9附加地示出了用于将传感器基部920联接到安装板982的安装紧固件928以及用于将振动传感器壳体940联接到传感器基部920的其它紧固件929(联接紧固件)。

压电换能器935类似于压电换能器835(即柱型PZT或PVDF)，不同之处在于绝缘材料936缠绕在压电换能器935的柱状主体的主要部分周围。绝缘材料936用于降低电荷在激振重物910的内壁912限定的腔内从压电换能器935传递到激振重物的可能性。绝缘材料936被配置成覆盖从顶部电极915a沿着压电换能器935的柱状侧面向下延伸的导体925。

振动传感器900与振动传感器800的其它差异在于，密封环943位于壳体940与基板920之间，以便密封限定在壳体940与传感器基部920之间的室，防止颗粒或水分的进入。

输出线束和/或连接器967联接到PCB970以便向外部装置提供数据并且从外部装置接收电力和控制信号。输出线束/连接器967包括5条线(尽管在不同的实施方式中该数量可以不同)，这5条线在绝缘材料的外层护套中被束在一起，还能够被用于作为线缆密封套以离开壳体940。输出线束可以终止于连接器以有助于在不需要焊接等的情况下连接到水量计中的板或者兼容连接器。如图10所示，导体925直接联接到位于PCB970的模拟前端1310(图13)，并且输出线束/连接器967联接到微控制器1320(图13)，其中控制器1320由PCB970承载并且被配置为允许振动传感器900与外部装置之间的通信。

图11示出了振动传感器1100的实施方式，振动传感器1100适于安装在水量计组件壳体980内以便能够感测在水量计组件100的流体管道310中传播的振动。振动传感器1100以与振动传感器900基本上相似的方式操作，振动传感器1100使用施力元件以将激振重物1110向下压到压电换能器1135(压电换能器1135可以与压电换能器935相同)上，使得压电换能器1135在激振重物1110与传感器基部1120之间被压缩。然而，振动传感器1100与振动传感器900的不同之处在于，振动传感器1100使用螺旋弹簧1130作为施力元件。尽管在图11中未示出，但是振动传感器1100可以包括PCB970(如图9和图10所示并说明的)，PCB970位于支架1140(其用作局部壳体)的一部分内并且被构造为提供处理单元150的功能。传感器1100可以包括与关于振动传感器900中示出并说明的类似的导体和输出线束/连接器配置。

附加地，振动传感器1100与振动传感器900的不同指出在于，振动传感器1100具有不同构造的激振重物1110，并且支架1140的顶部1141具有向下突出的凸台作为用于定位施力元件(弹簧1130)的定位结构1142。其它差异在于传感器基部1120具有从传感器基部1120的平坦上表面凹陷的中央凹陷区域。中央凹陷区域的尺寸被形成为为接收压电换能器1135的电极915b和下部(例如10％-30％的下部)。

激振重物1110具有与激振重物910大致类似的构造，激振重物1110具有与支架顶部1141间隔开的上面1114、与传感器基部1120间隔开的下面1111、具有限定腔的内壁1112以接收压电换能器1135的下部1110a、以及上部1110b。上部1110b限定具有承载面1113的环状凹陷区域，承载面1113限定如下表面：弹簧1130的下端能够抵靠该表面施加向下的力。上部1110b的环状凹陷区域的内筒状面被配置为与弹簧1130的内螺旋面接触，以便有助于将弹簧1130适当地定位为与激振重物1110和压电换能器1135同心且同轴。

传感器1100被构造为安装到流体管道310的安装板982，使得传感器基部1120可以接收通过安装板982传播的振动。安装板982被形成为通常切向于流体管道310的直径延伸并且提供平坦安装面的平坦部分，当传感器基部1120以平行且抵接的配置安装于安装板982时，传播到流体管道310中的振动可以通过该平坦安装面容易地传递到传感器基部1120中。

图11附加地示出了将传感器基部1120联接到安装板982的安装紧固件1128以及将振动传感器壳体1140联接到传感器基部1120的其它紧固件1129(联接紧固件)。

振动传感器1100与振动传感器900的不同之处在于，支架1140不限定封闭空间，并且主要用作使弹簧1130固定和定位以对激振重物1110向下施力的部件。

压电换能器1135可以基本上类似于压电换能器935(即柱型PZT或PVDF)，其中绝缘材料936缠绕在压电换能器1135的柱状主体的主要部分周围。绝缘材料936被配置成覆盖从顶部电极915a沿着压电换能器1135的柱状侧面向下延伸的导体(图11中未示出)。

除了上述差异之外，振动传感器1100与本文公开的振动传感器500、800和900基本上类似地构造且基本上类似地操作。

图12A、图12B、图12C和图12D示出了振动传感器1200的另一实施方式，振动传感器1200适于安装在水量计组件壳体980内，以便能够感测在水量计组件100的流体管道310中传播的振动。振动传感器1200以与振动传感器800、900和1100基本上类似的方式操作，振动传感器1200使用施力元件以使激振重物1210向下偏置到压电换能器1235(其可以与压电换能器835或935相同)上，使得压电换能器1235在激振重物1210与传感器基部1220之间被压缩。然而，振动传感器1200与振动传感器900的不同之处在于，振动传感器1200使用螺旋弹簧1230作为施力元件，并且螺旋弹簧1230被配置成朝向传感器基部1220拉动激振重物1210并且使激振重物1210被拉到压电换能器1235上。

尽管在图12A至图12D中未示出，但是振动传感器1200可以包括位于壳体(未示出但在功能上类似于壳体840、940或1140)的一部分内并且被构造为提供处理单元150的功能的PCB970(如图9和图10所示和所述)。传感器1200可以包括与振动传感器900相关地说明和示出的类似的导体和输出连接器配置，例如包括在一端处联接到顶部印刷电路电极1215a和底部印刷电路电极1215b并在相反端处联接到电连接器967的导体925，其中电连接器967能够联接到PCB970或另一外部处理装置。

振动传感器1200可以通过诸如螺钉1231的紧固件或其它锚固部件将弹簧1230锚固到传感器基部1220和激振重物1210。可调节定位螺钉1232定位在通过激振重物1210的轴向孔中。可以经由可自由移动的间隔件1233来手动调节定位螺钉1232以推动(或不推动)激振重物轴向地远离压电换能器1235从而允许弹簧1230置于更大(或更小)地张力下，因而施加更大(或更小)的力以将激振重物1210推动到对激振重物1210施加压缩的压电换能器1235，其中可自由移动的间隔件1233在定位螺钉1232与压电换能器1235之间布置于轴向孔。定位螺钉1232可以基本上固定就位。

激振重物1210与激振重物835、935和1135的不同之处在于，激振重物1210不将压电换能器1235接收在内腔中。而是，该腔由传感器基部1220的一部分限定。激振重物1210需要与压电换能器1235轴向对准并且通常相对于压电换能器1235轴对称且同轴/同心，并且允许激振重物1210联接到诸如弹簧1230的合适的施力元件。传感器基部1220需要相对于压电换能器1235和激振重物1210轴对称，从而传感器基部1220可以将来自与它联接的表面的振动有效地传递到压电换能器1235。

振动传感器800、900、1100和1200根据与振动传感器500类似的原理操作，所有这种传感器均依赖于压电换能器位于传感器基部和激振重物之间的组合，其中这三个关键元件均轴向对准。存在联接到压电换能器的至少一个导体。实施方式可以使用两个这种导体。传感器基部、压电换能器和激振重物被配置为使得由振动源通过传感器基部产生的传感器基部与激振重物之间的相对运动引起在压电换能器中产生电流，于是，在至少一个导体上可以检测到与产生的电流对应的输出信号。在振动传感器实施方式500、800、900、1100和1200中，激振重物510、810、910、1110、1210优选地通常相对于压电换能器535、835、935、1135、1235关于通过压电传感器的中心限定的相同的中心轴线(纵向轴线)轴对称并且同轴且同心。因此，激振重物510、810、910、1110、1210优选地在平面图中具有圆形轮廓(例如在图12C中观察到的)。

在振动传感器1200的实施方式中，激振重物1210在该情况下通过弹簧1230连接到传感器基部1220。另一方面，在诸如振动传感器800、900、1100的其它实施方式中，激振重物和传感器基部不彼此连接；而是，激振重物和传感器基部相对于彼此通过壳体保持就位。与传感器500中使用附接轴530的预加载的静态压缩相比，在传感器800、900、1100和1200中使用柔性施力元件的可变压缩有助于实现在检测振动时增加灵敏度。

除了上述差异之外，振动传感器1200与本文说明的振动传感器800、900和1100基本上类似地构造并且基本上类似地操作。

现在参照图13和图14，更详细地说明在振动传感器800、900、1100和1200中采用的电气配置。经由位于压电换能器的电极815、915、1115、1215检测到的电流和/或电压信号在模拟前端电路1310被导体925接收。在仅使用单侧供应的情况下，模拟前端电路1310提供半轨偏移并放大感兴趣的频率区域(即高达1kHz并且在一些实施方式中可能高达4kHz)中的信号。为了实现这一点，经由导体925接收的信号首先被大值的上拉电阻1412a和下拉电阻1412b偏压，然后被馈送到运算放大器1415的正端子1415a。运算放大器1415的负端子1415b由运算放大器1415的输出来驱动，该输出首先通过低通滤波器1417馈送。因为反馈-增益关系的反向性质，模拟前端电路(AFE)1310实现了对所有DC信号(仅包括通过偏压电阻引起的DC偏移)总体为1的响应并且对于高于DC的频率实现了快速接近可构造量的增益。

来自模拟前端电路1310的输出信号1312在模数转换器(ADC)1325处被接收，模数转换器(ADC)1325可以形成微控制器1320的形成PCB970的一部分的一部分，或者模数转换器(ADC)1325可以与微控制器1320分离或连接。因此，在导体925上接收到的放大且滤波的信号由ADC1325转换成储存在微控制器1320的存储器1335中的数字信号。例如，存储器1335可以包括闪存和随机存取存储器(RAM)。例如，可以被用作微控制器1320的示例微控制器是来自STMicroelectronics^TM的STM32F091RB微控制器。

在预定采样时间段(被设定为微控制器1320的可构造参数)期间，ADC1325以感兴趣的最大频率的两倍的采样速率对AFE1310的模拟输出进行采样。预定采样时间段可以被设定为FFT采样频率的数量除以采样速率。微处理器1330的计时器功能可以用于控制ADC采样间隔。例如，预定采样时间段可以在大约0.05秒至大约1.0秒之间的范围，可选择地在大约0.05秒至大约0.2秒之间的范围。在一些实施方式中，预定采样时间段可以例如是大约0.1秒。

来自AFE1310的采样信号从ADC1325输出到微控制器1330中的处理器1330，并作为数字化样本储存在存储器1335中。数字化样本由处理器1330处理，处理器1330执行储存在微控制器1320的存储器1335的非暂时性部分(即闪存)中的频率分析算法。该算法涉及处理器1330对储存的数字化样本执行快速傅立叶变换(FFT)的计算。使用由处理器1330执行的FFT计算的结果的复数值，然后处理器1330将各采样频率处的各复幅值的大小储存在存储器1335中的阵列中。然后，处理器1330扫描幅值的阵列以将特定频带的幅值与针对那些频带的预定幅值的阈值(储存在存储器1335中)进行比较。如果一个或多个特定频带中的幅值高于相应频带的预定阈值和与特定种类的流体泄漏的特定频率分布匹配的任何其它频带的幅值阈值，则微控制器1320设定警报标记或指示以指示所感测的振动指示在振动传感器900附近存在流体泄漏。

在一些实施方式中，处理器1330执行单组(一个或多个)比较以查找与特定泄漏的已知(先前实验确定的、机器学习的或以其它方式确定的)频率特征相关联的特定频率模式。该组比较可以涉及将单个频带中检测到的幅值与单个阈值幅值进行比较，或者可以涉及将多个频带中的检测到的幅值与多个相应的阈值幅值进行比较。在一些实施方式中，处理器1330执行一系列的比较，以便将样本数据与和一系列不同种类的流体泄漏相关联的一系列不同频率分布进行比较。在一些实施方式中，可以将多个阈值幅值应用于相同的频带，例如，高于下阈值的幅值可以表示可能存在泄漏，并且在相同频带中高于较高幅值的幅值可以表示特定大小的泄漏(例如在距离振动传感器位置10米内的管道中的大于3mm直径的孔)。

一旦处理器1330确定要设定警报标记，则处理器1330将适当指示储存在存储器1335中，然后准备输出数据负载以便经由输出连接器967进行储存和/或立即传输到外部装置120。输出数据负载包括定时信息(诸如何时接收到振动传感器信号的时间戳)、关于PCB970的功能的任何操作状态指示器以及可选择地检测到的泄漏类型的指示(如果振动传感器被构造为检测多于一种的泄漏类型)。在一些实施方式中，数据负载可以包括所储存的在感兴趣的范围内的各频率处接收到的信号的幅值阵列。处理器1330被构造为经由连接器967接收电力(例如3.3V DC)并接收诸如操作(例如唤醒)命令的命令。PCB970与外部单元120之间的串行通信也可以由连接器967提供。

在一些实施方式中，处理器1330可以有效地执行对接收到的信号的粗略分析，以标记可能的泄漏或其它状态，并且可以将数据负载提供给外部处理装置(诸如服务器210)，使得可以对振动传感器附近可能存在的泄漏进行最终(或可能更准确)的确定。例如，服务器210可以使用从多个振动传感器接收到数据负载来确定可能存在或不存在的泄漏。如果服务器210从联接到相邻或紧密间隔的振动传感器的量计或其它装置接收到多个警报标记，则服务器210可以最终确定在这种振动传感器附近存在泄漏。

参照图15A和图15B，一些实施方式涉及使用振动传感器500、800、900、1100、1200和1700(以下说明)的泄漏检测方法1500。方法1500包括在1501向振动传感器500、800、900、1100、1200和1700提供电力以能够进行测量。方法1500还包括在1502初始化迭代计数器值和泄漏计数器值。例如，迭代计数器值和泄漏计数器值可以通过处理器151、1330将初始值设定为0。

在1504，将迭代计数器值与预定的迭代限制进行比较。如果迭代计数器值小于或等于预定迭代限制，则在1506递增地增大迭代计数器值。例如，可以通过将值1加到迭代计数器值来增大迭代计数器值。如果迭代计数器值大于预定迭代限制，则停止方法1500。因此，方法1500可以重复等于迭代限制的多次。例如，迭代限制可以被设定在7次迭代到10次迭代之间的值，但是也可以被构造为具有不同的值。

由压电换能器感测从上游位置通过流体导管材料传播的振动，并且通过导体925在模拟前端电路1310处接收对应的电信号。在1508，接收来自模拟前端电路1310的模拟电压信号1312并且记录振动数据。如上所述，信号可以被采样并被转换成数字化数据，并且振动数据可以被储存在存储器1335中。振动数据可以例如包括电压幅值和频率数据。

在一些实施方式中，迭代计数器值、泄漏计数器值和振动数据中的至少一者可以储存在存储器152、1335、易失性存储器或非易失性存储器中的任何一者或多者中。

模拟电压信号1312通过低通滤波器以减少或去除高频信号。例如，可以滤除高于1.2kHz的频率。

在一些实施方式中，在1509，模拟电压信号1312可以通过高通滤波器以减少或去除低频信号。例如，可以滤除低于大约360Hz的频率。

然后，在1510，将快速傅立叶变换(FFT)应用于所记录的数据，以分离与低通滤波信号的频谱近似的一组频带。

在一些实施方式中，在1511，对FFT变换的数据进行滤波以去除低频数据。例如，可以删除低于大约360Hz的频率。在其它实施方式中，可以储存低频数据(例如与小于360Hz的频率相关的数据)，但是当应用FFT时，可以忽略该低频数据。在一些实施方式中，FFT被应用于感兴趣的频率范围的所记录的数据。例如，感兴趣的频率范围可以在大约360Hz至1.2kHz之间。

在1513，将各频率处的FFT数据的幅值与幅值阈值进行比较。在1514，如果FFT数据中的幅值的阈值数量大于或等于幅值阈值，则泄漏计数器值递增地增大。例如，可以通过在泄漏计数器值上加值1来增大泄漏计数器值。在一些实施方式中，递增泄漏计数器所需的幅值的阈值数量的幅值可以是一个幅值，即，如果任何频率的幅值大于或等于幅值阈值，则这表示潜在的上游(或可能是下游)泄漏并且泄漏计数器值递增。

幅值阈值可以例如在大约200微伏秒至大约500微伏秒的范围，可选择地在大约200μV.s至大约400μV.s的范围，并且可选择地在大约250μV.s至大约350μV.s的范围。在一些实施方式中，幅值阈值为大约300微伏秒。

在一些实施方式中，仅将感兴趣的频率范围的FFT数据与幅值阈值进行比较。例如，感兴趣的频率范围可以在大约360Hz至1.2kHz之间。感兴趣的频率范围可以被分成相等范围的频带，例如10Hz或20Hz频带。

在1520，将泄漏计数器值与警报水平进行比较。如果泄漏计数器值大于或等于警报水平，则在1522将检测标记设定为“是”状态以表示已检测到泄漏。“是”状态可以例如对应于二进制标记值1。然后，停止方法1500。泄漏计数器的大于警报水平的要求可以有利地减少误警报的发生，这是因为在警报产生之前，在一些情况下，幅值必须大于或等于幅值阈值。在一些实施方式中，警报水平可以在3个计数到10个计数之间，可选择地在4个计数到6个计数之间。在一些实施方式中，警报水平可以是5个计数。警报水平小于迭代限制。

在一些实施方式中，如果检测标记被设定(但是在方法1500停止之前)，则可以将警报信号发送到服务器210以表示检测标记被设定。在其它实施方式中，检测标记的状态被储存以便稍后由服务器210在数据负载中进行检索。可以在设定检测标记之前、之后或同时发送警报信号。

如果泄漏计数器值小于警报水平，则在返回到步骤1504之前在1524等待迭代周期。例如，迭代周期可以在大约10分钟到大约20分钟之间。在一些实施方式中，迭代周期为大约15分钟。

参照图16A和图16B，一些实施方式涉及使用振动传感器500、800、900、1100、1200和1700(以下说明)的泄漏检测方法1600。方法1600包括在1601向振动传感器500、800、900、1100、1200和1700提供电力以能够进行测量。方法1600还包括在1602初始化迭代计数器值、泄漏计数器值以及在一些实施方式中的爆裂计数器值(burst counter value)。例如，迭代计数器值、泄漏计数器值和爆裂计数器值可以通过处理器151、1330将初始值设定为0。

在1604，将迭代计数器值与预定迭代限制进行比较。如果迭代计数器值小于或等于预定迭代限制，则在1606迭代计数器值递增地增大。例如，可以通过向迭代计数器值增加值1使迭代计数器值增大。如果迭代计数器值大于预定迭代限制，则停止方法1600。因此，方法1600可以重复等于迭代限制的多次。例如，迭代限制可以被设定在7次迭代到10次迭代之间，但是还可以被构造为具有不同的值。

来自上游位置的通过流体导管材料传播的振动由压电换能器感测，并且对应的电信号由导体925在模拟前端电路1310处被接收。在1608，来自模拟前端电路1310的模拟电压信号1312被接收并且振动数据被记录。如上所述，信号可以被采样并被转换成数字化数据，并且可以将振动数据储存在存储器1335中。振动数据可以例如包括电压幅值和频率数据。

在一些实施方式中，迭代计数器值、泄漏计数器值、爆裂计数器值和振动数据中的至少一者可以储存在存储器152、1335、易失性存储器或非易失性存储器中的任何一者或多者中。

模拟电压信号1312通过低通滤波器以减少或去除高频信号。例如，可以滤除高于1.2kHz的频率。

在一些实施方式中，在1609，模拟电压信号1312可以通过高通滤波器以减少或去除低频信号。例如，可以滤除低于大约360Hz的频率。

然后，在1610，将快速傅立叶变换(FFT)应用于所记录的数据以分离与低通滤波信号的频谱近似的一组频带。

在一些实施方式中，在1611，对FFT变换的数据进行滤波以去除低频数据。例如，可以删除低于大约360Hz的频率。在其它实施方式中，低频数据(例如与小于360Hz的频率相关的数据)可以被储存，但是在应用FFT时忽略该低频数据。在一些实施方式中，FFT被应用于感兴趣的频率范围中的所记录的数据。例如，感兴趣的频率范围可以在大约360Hz至1.2kHz之间。

在1612，可以分析FFT数据以计算幅值度量(amplitude metric)。可以在感兴趣的频率范围计算幅值度量。例如，感兴趣的频率范围可以在大约360Hz至1kHz之间或者在360Hz至1.2kHz之间。幅值度量表示所感测的信号的功率或强度。

在一些实施方式中，幅值度量可以是例如FFT数据的积分(在“曲线”下积分)。

在一些实施方式中，幅值度量可以是在感兴趣的频率范围中的FFT数据的均方根(RMS)值。

在1613，通过将幅值度量除以噪声值来计算检测率x。噪声值表示用于被认为不会发生泄漏的度量的背景值。可以针对放置振动传感器的各位置校准噪声值，或者可以针对供水网络或子网络推广(genralised)噪声值。例如，作为RMS值的幅值度量的噪声值可以是40微伏秒。

然后，在1614，将检测率x与第一检测阈值进行比较。如果检测率x大于或等于第一检测阈值，则在1618递增地增大泄漏计数器值。可以例如通过向泄漏计数器值加上值1来增大泄漏计数器值。在一些实施方式中，第一检测阈值可以在例如大约2至5的范围。在一些实施方式中，第一检测阈值可以为大约3.5。

感测到的振动信号强度可以与泄漏的严重性相关联。由于检测率x表示信号强度，所以可以被有利地用于确定振动是否表示爆裂或非常严重的泄漏。在一些实施方式中，如果检测率x大于或等于第一检测阈值，则在1615将检测率x进一步与第二检测阈值进行比较。第二检测阈值大于第一检测阈值。如果检测率x大于或等于第二检测阈值，则在1616递增地增大爆裂计数器值。例如，可以通过向爆裂计数器值加上值1来增大爆裂计数器值。例如，在一些实施方式中，第二检测阈值可以在大约5至大约30的范围，可选地在大约15至大约25的范围。在一些实施方式中，第一检测阈值可以为大约20。

在1619，将泄漏计数器值与泄漏警报水平进行比较。如果泄漏计数器值大于或等于泄漏警报水平，则在1621将泄漏检测标记设定为“是”状态以表示已检测到泄漏。例如，将泄漏检测标记设定为“是”可以对应于将二进制标记值设定为1。在设定泄漏检测标记之后，停止方法1600。要求泄漏计数器值可以有利地减少引起误报警的发生，这是因为在警报产生之前，在一些情况下，检测率必须大于或等于第一检测阈值。在一些实施方式中，泄漏警报水平可以在3个计数到10个计数之间，可选择地在4个计数到6个计数之间。在一些实施方式中，泄漏警报水平可以是5个计数。泄漏警报水平小于迭代限制。

在一些实施方式中，如果泄漏计数器值大于或等于泄漏警报水平，则在1620(在停止该方法之前)将爆裂计数器值与爆裂警报水平进行比较。如果爆裂计数器值大于或等于爆裂警报水平，则在1622将爆裂检测标记设定为“是”状态，表示已检测到爆裂。例如，将爆裂检测标记设定为“是”可以对应于将二进制标记值设定为1。在爆裂检测标记被设定为“是”之后，停止方法1600。在一些情况下，泄漏检测标记和爆裂检测标记均可以被设定为“是”。在一些实施方式中，爆裂警报水平可以在3个计数到10个计数之间，可选择地在4个计数到6个计数之间。在一些实施方式中，爆裂警报水平可以是5个计数。爆裂警报水平小于迭代限制。

在一些实施方式中，如果(在停止方法1600之前)设定了泄漏检测标记，则可以将泄漏警报信号发送到服务器210，以表示设定了泄漏检测标记。如果(在停止方法1600之前)设定了爆裂检测标记，则可以将爆裂警报信号发送到服务器210，以表示设定了爆裂检测标记。可以在设定泄漏检测标记之前、之后或同时发送泄漏和爆裂警报信号。

在其它实施方式中，泄漏和/或爆裂检测标记的状态被储存以供服务器210之后在数据负载中检索。在一些实施方式中，在储存泄漏检测标记用于之后的检索的情况下仅向服务器210发送爆裂警报信号。

如果泄漏计数器值小于警报水平，则在返回到步骤1604之前，在1624等待迭代周期。例如，迭代周期可以在大约10分钟到大约20分钟之间。在一些实施方式中，迭代周期为大约15分钟。

因为方法1500、1600限于迭代的设定数量，所以感测和泄漏检测也限于特定时间段。这防止了在整个预定时间段发生感测和泄漏检测。这是有利的，因为减少了能量消耗并且可以选择定时以避免与高峰用水对应的噪声时间段。通过限制方法1500、1600发生的时间，可以减少假警报并且可以减少或避免针对缓慢和间歇泄漏的警报。

在一些实施方式中，在方法1500、1600中，在预定长度的时间中，振动被感测并且振动数据被记录。例如，预定长度的时间可以在0.05秒至0.2秒的范围，可选择地为大约0.1秒。

在一些实施方式中，在预定时间段之间，振动被感测并且振动数据被记录。预定时间段可以例如在午夜与上午6点之间。预定时间段可以与存在低背景(环境)声和/或振动噪声的时间相对应。因此，在预定时间段期间感测和记录可以有利地产生用于所记录的振动测量量的更好的信噪比。

在一些实施方式中，方法1500、1600应用于使用多个独立的振动传感器(不管是集成到水量计100中还是连接到水量计100)在不同位置处的泄漏检测。不同的振动传感器可以感测并记录从不同位置获得的数据。来自不同的振动传感器中的每一者的信号可以被发送到服务器210，并且仅在从多个振动传感器接收到警报信号、泄漏警报信号或爆裂警报信号时才可以产生警报。

上述振动传感器的各种实施方式的传感器壳体(例如传感器800、900、1100)可以由塑料材料或合适的金属材料形成。通常优选的是，例如使用诸如密封环943的防水密封件来密封传感器壳体。对于应用在振动传感器800、900、1100和1200中的施力元件，不锈钢弹簧或弹簧钢弹簧(或多个这种弹簧)被认为是合适的。施力元件可具有例如从1N/mm至15N/mm的范围的弹簧常数，可选择地具有从2N/mm至15N/mm的范围的弹簧常数或3N/mm至12N/mm的范围的弹簧常数。例如，对激振重物的合适的力可以在大约45牛顿至大约60牛顿的范围。

激振重物可以包括黄铜合金或锰青铜或其它合适密度的材料或者由黄铜合金或锰青铜或其它合适密度的材料构成。例如激振重物的质量可以在50克至大约200克的范围。可选择地，例如，激振重物的质量可以在例如100克至175克的范围。

例如，位于传感器800、900、1100和1200中的压电换能器的各相反端处的电极可以由刚性材料或柔性材料形成，其中厚度范围从大约0.2mm至大约1.6mm。例如，导电轨道可以印刷在柔性材料的一侧(面向压电换能器的一侧)，而另一侧包括基本上绝缘的材料。

尽管各种实施方式的压电换能器可以包括PVDF材料，但是PZT材料在特定情况下可以表现得更好。例如，用于压电换能器的PZT柱状压电陶瓷材料可以具有大约6.35mm的示例柱直径。压电材料可以具有在例如大约0.02Vm/N至大约0.03Vm/N的范围的压电电压常数(g33)。

传感器基部可以包括可以是合适地平坦且光滑的黄铜合金或其它金属，其中具有适于在流管310与底部或流管310与压电换能器之间的最佳振动传递的表面光洁度。在一些实施方式中，用于将壳体联接到传感器基部的紧固件929可以包括例如断杆盲波普空心铆钉(break-stem blind pop rivets)、用于热塑性塑料的自攻螺钉或者机械螺钉和螺母。紧固件929需要能够克服弹簧力(例如45牛顿至60牛顿)和密封力的组合将传感器壳体和基部夹持在一起，并且抵抗由于振动引起的松动。

参照图17至图22，示出并说明振动传感器1700的其它实施方式。振动传感器1700在操作、结构和功能上与振动传感器900基本相同，主要差异在于，使用不同的电导体构造来感测压电换能器935的电输出。在附图之中使用相同的附图标记来表示振动传感器1700与振动传感器900之间相同的物理特征或功能。

振动传感器1700使用具有刚性部件1770和柔性部件1780的印刷电路板1765。柔性部件1780包括柔性联接部1775，柔性联接部1775用作刚性印刷电路部件1770(如图22所示容纳主要电路)与柔性印刷电路1780的可折叠部分之间的桥接。可折叠部分被配置成部分地围绕并接触压电换能器935的顶面和底面，以便感测压电换能器的电输出。除了与振动传感器900的上述差异之外，振动传感器1700还可以采用垫圈1743(代替密封环943)来密封振动传感器1700的内腔以防止水或气体的进入。另外，顶部壳体部1740与壳体部940略有不同，其中电连接器通道限定在一端以延伸靠近基板920。还可以采用不同的紧固件，诸如螺栓或螺钉1729。

图20A、图20B、图21A和图21B更详细地示出了印刷电路部件1765。图20B示出了处于折叠构造的柔性印刷电路部分1780，并且图18示出了压电换能器935如何定位以被柔性印刷电路部件1780部分地缠绕。柔性印刷电路部分1780包括下部1781和通过第二联接部1785结合的上部1791，其中第二联接部1785在下部1781与上部1791之间延伸。

下柔性印刷电路部分1781具有基部1784，基部1784具有上侧1784A，上侧1784A上具有露出的导电材料(该导电材料可以例如是镀金的)，用于接收因与压电换能器935的底部的电接触引起的电势变化(以电流和电压的形式)。基部1784还具有刚性底盘或板部分1784b(例如由玻璃纤维“FR-4”形成)，刚性底盘或板部分1784b是电绝缘体，但是刚性足以传输通过传感器基部920传播的振动而不产生实质上的衰减。下柔性印刷电路部分1781还具有折叠指状部或翼1783，折叠指状部或翼1783可从平坦构造(参照图20A)变形为折叠构造(参照图20B)，以便防止压电换能器935的下部与激振重物910的内表面接触。

上柔性印刷电路部分1791具有大致平坦的顶部1794，顶部1794具有下(内)面1794A，下面1794A具有露出的导电材料(例如镀金的导电材料)并且在顶部1794的上(外)面具有刚性绝缘盘或板部分1794b。与下部1781类似，上部1791具有多个指状部或翼1793，多个指状部或翼1793可通过弯曲或变形而折叠以至少部分地覆盖压电换能器935的外部筒状壁的上部，以防止外部筒状壁的上部与激振重物910的内壁电接触。

如在图21A和图21B中最好地观察到的，柔性印刷电路1780具有印刷在其上并且从顶部1791和底部1781延伸到刚性印刷电路板部件1770的导体。为了避免用于顶部1791的导体干涉或穿过底部1781的导体，第一导体(或导体组)1796a联接到顶部1794的导电下面1794a的导电区域。第一导体1796a沿着联接部1785的内壁延伸，而不自始至终延伸到下部1781。代替地，为了继续传导电信号，第一导体1796a通过导电通孔(未示出)联接到位于第二联接部1785的相反侧的另一第一导体1796b。然后，第一导体1796B在板或盘1784b与底部1784的上导电面1784a之间通过，其中第一导体1796b在第一联接部1775的下侧连续，以最终(经由通孔)联接到承载于刚性PCV部1770的相对的刚性基板1772的电极1797。第二导体1776在联接部1175的与导体1796相反的一侧直接从底部1784的上导电面1784a延伸到位于相对的刚性基板1772的电极或其它电路部件。

如附图所示，上部指状部组1793以间隔开的阵列配置，上部指状部组1793与在顶部1791与底部1781之间像条带一样延伸的第二联接部1785一起用于大致避免压电换能器935的材料与激振重物910(或本文说明的其它激振重物)的内壁之间的接触。保护性指状部或翼1783的不同配置被设置为从下部1781延伸，下部1781与联接部1785的条带材料一起也用于防止压电换能器935与激振重物910接触。

使用具有柔性部件1780和刚性部件1770的单个印刷电路板1765允许改善压电换能器和电子接口电路与激振重物910、壳体1740和传感器基部920进行组装的容易性和效率。底部绝缘盘或板1784B和顶部绝缘盘或板1794B被选择为由具有足够刚性的材料制成，以基本上避免抑制通过基板920传递的振动，从而基本上避免抑制压电换能器与激振重物910之间的相对运动。

图22示出了另一示意性电路图以示出用于印刷电路板组件970的可选电路布局，在图22的实施方式中被示出为印刷电路板组件2270。图22中示出的模拟前端2210基本上与图13和图14中示出的模拟前端1310类似，但是输出电阻和电容的配置(和值)略有不同。图21A和图21B中示出的电导体1776和1796提供向模拟前端2210的输入。微控制器单元2220设置于印刷电路板组件2270，并且在功能上与上述微控制器1320相似。功率控制电路2267还包括在印刷电路板组件2270中并且允许从外部控制器(诸如水量计控制器120)接收唤醒信号。可以设置独立电路(未示出)以实现微控制器2220与外部控制器之间的通信。

本领域技术人员将理解的是，在不脱离本公开的广泛的一般范围的情况下，可以对上述实施方式进行多种变化和/或变型。因此，本实施方式在所有方面均被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (22)

1.一种水量计，其包括

流管，其限定管腔以通过所述管腔接收水，所述流管被构造为联接到供水网络；

壳体，其联接到所述流管并且包含自带电源、至少一个处理器、存储器和无线收发器；

流传感器，其被定位为测量通过所述管腔的液体流，并且所述流传感器联接到所述至少一个处理器以向所述至少一个处理器提供流测量信号；以及

振动传感器，其被配置为感测所述流管的材料中的振动，并且所述振动传感器联接到所述至少一个处理器以向所述至少一个处理器提供振动测量信号，所述振动传感器包括压电换能器，所述压电换能器被配置为在不延伸进入所述管腔的情况下抵接所述流管；

其中，所述至少一个处理器被构造为处理所述流测量信号和所述振动测量信号，以基于至少所述振动测量信号确定上游液体泄漏状态；

所述至少一个处理器被构造为将所述上游液体泄漏状态和所述流测量信号发送到远程服务器，

所述振动传感器包括被定位成靠近所述流管的传感器基部、联接到所述传感器基部的至少一个换能器或换能器基板以及联接到所述至少一个换能器或换能器基板的远端的传感器基部的激振重物，所述至少一个处理器基于来自所述至少一个换能器或换能器基板的电输出接收所述振动测量信号。

2.根据权利要求1所述的水量计，其特征在于，所述至少一个处理器被构造为通过确定所述振动测量信号的频谱并确定至少一个频带中的所述频谱的幅值在预定阈值幅值处还是在预定阈值幅值之上来确定所述上游液体泄漏状态。

3.根据权利要求2所述的水量计，其特征在于，所述至少一个处理器还被构造为，当所述至少一个频带中的所述幅值被确定为在所述预定阈值幅值处或在所述预定阈值幅值之上时，所述至少一个处理器记录所述供水网络中的可能的上游液体泄漏的泄漏检测指示。

4.根据权利要求3所述的水量计，其特征在于，所述至少一个处理器设定所述上游液体泄漏状态，一旦记录了预定次数的泄漏检测指示就指示检测到液体泄漏。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的水量计，其特征在于，所述水量计还包括弹簧，所述弹簧被配置为使所述激振重物向所述至少一个换能器或换能器基板施力。

6.根据权利要求3或4所述的水量计，其特征在于，所述至少一个处理器还被构造为对所述频谱施加另一阈值以确定在所述供水网络中的上游流体管道爆裂的可能存在。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的水量计，其特征在于，所述至少一个处理器被构造为在重复循环中以预定次数选择性地启用所述振动测量信号的接收。

8.根据权利要求7所述的水量计，其特征在于，所述预定次数在至少一个非高峰用水阶段期间。

9.根据权利要求7所述的水量计，其特征在于，所述预定次数以一至十个时间间隔分开。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的水量计，其特征在于，所述水量计还包括磁力计，所述磁力计位于所述壳体内以感测所述流管的磁场，所述磁力计被构造为向所述至少一个处理器提供磁场传感器输出，所述至少一个处理器被构造为基于所述磁场传感器输出确定所述流管中的电流。

11.根据权利要求10所述的水量计，其特征在于，所述至少一个处理器被构造为如果确定所述电流满足或超过人类安全电流阈值则设定漏电警报。

12.根据权利要求1至4中任一项所述的水量计，其特征在于，所述流传感器为超声波流传感器。

13.根据权利要求1至4中任一项所述的水量计，其特征在于，所述至少一个处理器被构造为在两天内将所述上游液体泄漏状态发送到所述远程服务器一到五次。

14.根据权利要求1至4中任一项所述的水量计，其特征在于，所述至少一个处理器包括第一处理器和第二处理器，所述第一处理器用于接收和处理所述振动测量信号，所述第二处理器用于接收和处理所述流测量信号。

15.根据权利要求14所述的水量计，其特征在于，所述第一处理器向所述第二处理器提供所述上游液体泄漏状态用于发送到所述远程服务器。

16.根据权利要求14所述的水量计，其特征在于，所述存储器包括：

第一存储器，其能够被所述第一处理器访问而不被所述第二处理器访问；以及

第二存储器，其能够被所述第二处理器访问而不被所述第一处理器访问。

17.根据权利要求1至4中任一项所述的水量计，其特征在于，所述水量计还包括从以下选择的至少一个传感器：

压力传感器，其感测所述流管中的水压；

杂散电流传感器，其感测所述流管中的电流；

导电传感器，其感测所述流管中的流体的导电性；

流体温度传感器，其感测所述流管中的流体的温度；

pH传感器，其感测所述流管中的流体的pH；

浊度传感器，其感测所述流管中的流体的浊度；或者

游离氯传感器，其感测所述流管中的流体的游离氯。

18.一种供水系统，其包括：

供水管道网络；

多个根据权利要求1至17中任一项所述的水量计，其在间隔开的供水端点处联接到所述供水管道网络；以及

所述远程服务器，其中，所述远程服务器被构造为当多个所述水量计中的至少一个水量计的上游液体泄漏状态指示检测到上游液体泄漏时产生泄漏通知。

19.一种服务器系统，其被构造为与多个根据权利要求1至17中任一项所述的水量计通信，以从所述水量计接收上游泄漏状态信息并当至少一个所述水量计的上游液体泄漏状态指示检测到上游液体泄漏时产生泄漏通知。

20.根据权利要求19所述的服务器系统，其特征在于，所述上游泄漏状态信息是基于在所述水量计处感测到的与沿着上游供水网络的流体管道发送的振动相关的振动。

21.一种系统，其被构造为在供水网络中确定泄漏，所述系统包括：

流体供应管道网络；

多个根据权利要求1至17中任一项所述的水量计，其在间隔开的供水端点处联接到所述网络，各水量计均被构造为在相应的所述水量计处获取一个或多个本地条件的传感器读数，并且将数据负载通信到外部系统，所述数据负载包括基于所述传感器读数的信息；以及

远程服务器，其接收来自所述水量计的所述数据负载，所述远程服务器被构造为当所述信息指示所述供水网络中的泄漏时产生泄漏通知。

22.一种流体供应网络中的泄漏检测方法，其包括：

在流体供应网络的供应端点处联接的根据权利要求1至17中任一项所述的水量计处接收从形成所述流体供应网络的一部分的流体管道传播的振动；

至少部分地基于所述振动确定泄漏状态；以及

通知远程服务器所述泄漏状态。

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